17. Требования к качеству воды для заводнения нефтяных пластов. Установки очистки сточных вод открытого типа. Установки очистки сточных вод закрытого типа.

ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству.»

Установка очистки воды открытого типа

Е-1 – нефтеловушка; ПО – пруд-отстойник; Ф – песчаные фильтры; Е-2 – емкость очищенной воды; Е-3 – сбросная емкость

Вода проступает в нефтеловушку Е-1, откуда насосом Н1 откачивается уловленная нефть. После вода через пруд-отстойник ПО и насос Н2 движется в песчаные фильтры Ф. Фильтры работают переменно. Очищенная вода после фильтров при необходимости может храниться в емкости очищенной воды Е2 или с помощью насоса Н3 отправиться на КНС. Фильтры и емкость Е2 при необходимости дренируются в сбросную емкость Е3.

Достоинствами такой схемы являются относительная простота конструкции и эксплуатации, невысокие капитальные затраты и устойчивость к колебаниям расхода и состава воды. 

Недостатки подобных установок:

• Для строительства такой установки нужна большая площадь;

• Сточная вода контактирует с кислородом воздуха, который, растворяясь в ней, способствует коррозии водоводов и насосов, перекачивающих эту воду.

Установка очистки воды закрытого типа

1 – горизонтальный отстойник; 2 – пластинчатый сепаратор; 3 – индукционный газовый флотатор; 4 – двухслойные фильтры

Неочищенная вода поступает в горизонтальный отстойник. Уловленная нефть отводится на УПН, а вода поступает в пластинчатый сепаратор. Для более глубокой очистки вода поступает в газовый флотатор и после – в двухслойные фильтры.

Преимущества: компактность, отсутствие контакта с атмосферным кислородом, более высокая степень очистки, а также возможность работы в автоматическом режиме и в условиях сурового климата.

Недостатки: требуют более высоких капитальных и эксплуатационных затрат, чувствительны к качеству входного потока, поэтому нуждаются в предварительной стабилизации воды, и их обслуживание усложняется из-за наличия герметичного оборудования и систем автоматики.

18. Изобразите конструкцию гидроциклонного аппарата, опишите принцип его работы. Изобразите принцип процесса пленочной сепарации нефти, укажите силы, действующие на каплю нефти в потоке воды.

Гидроциклон – устройство, в основе принципа работы которого лежит центробежная сила.

Устройство цилиндрической формы, в верхней боковой части под углом расположен входной патрубок. Внутри создается вращающийся поток, в котором за счет центробежных сил происходит разделение частиц по размеру (получается, по плотности). Тяжелые частицы за счет силы прижимаются к корпусу ГЦ, оседают в конусной части и отводятся через нижний патрубок.

Жидкость и лёгкие частицы концентрируются в осевой части аппарата и как бы выталкиваются из аппарата через верхний выпускной патрубок.

Пленочная сепарация

Поток жидкости подается сверху вниз между параллельными пластинами, установленными под углом. Благодаря малому расстоянию между пластинами и большой площади контакта, капли нефти (имеющие меньшую плотность) всплывают. На пути к верхней пластине капли коалесцируют, образуя крупные глобулы, которые затем поднимаются вдоль нижней поверхности пластины к сборному карману, откуда удаляется нефть.

Силы действующие на каплю воды:

1. Сила тяжести (F_т)

2. Архимедова сила (выталкивающая) (V_0)

19. Парафины и АСПО. Виды отложений. Измерение температуры начала кристаллизации парафинов. Ингибиторы парафиноотложений. Действующие вещества. Механизмы действия. Солеотложение. Ингибиторы солеотложений. Механизмы действия ингибиторов солеотложений.

Парафины и АСПО (асфальтосмолопараминовые отложения) - твердые при нормальной температуре углеводороды, содержащиеся в нефти в растворенном или, в зависимости от температуры, кристаллическом состоянии, и представляющие собой смесь предельных углеводородов (алканов) С₁₆-С₇₀, состояших из нормальных алканов С₁₆-С₄₀, известных как парафины, изопарафиновых углеводородов и нафтеновых углеводородов С₃₀-С₇₀.

Виды отложений:

• асфальтеновый тип: преобладают смолы и асфальтены

• смешанный тип

• парафиновый тип: преобладают парафины

Измерение температуры начала кристаллизации парафинов - это температура, при которой из охлаждаемой нефти начинают выпадать первые кристаллы парафина. Единого стандарта определения не существует.

Применяемые методы:

• микроскопия в поляризованном свете: принцип основан на свойстве кристаллов парафина, преломлять поляризованный свет, становясь видимыми в микроскоп

• метод холодного стержня: металлический стержень охлаждается до заданной температуры и взвешивается, его погружают в емкость с нефтью и выдерживают какое-то время. После стержень извлекают, дают стечь остаткам нефти и взвешивают.

Ингибиторами парафиноотложений называются вещества и их смеси, которые при добавлении их к нефти в соответствующей концентрации влияют на процесс кристаллизации парафинов.

Механизмы воздействия:

• Понижение температуры текучести нефти;

• Снижение низкотемпературной вязкости нефти;

• Снижение количества парафинов, выпадающих в осадок.

Современные ингибиторы — это высокомолекулярные полимеры: полиэтилены, полиолефины, полиакрилаты, полиметакрилаты, сополимеры этилена и полярных мономеров — полиэтиленвинилацетат, полиоктадецилакрилат, полимеры на основе эфиров полисахаридов и жирных кислот и др.

Одним из перспективных ИПО, обладающим менее выраженным, по сравнению с другими ИПО, специфическим действием, считается полиэтиленвинилацетат с концентрацией винилацетата от 30 до 38 % масс, и молекулярным весом около 35000.

Общей теории действия полимерных ИПО не существует, в настоящее время рассматривается 3 механизма.

Первый механизм действия: ИПО формирует на поверхности растущих кристаллов парафинов области дефектов, которые влияют на дальнейший рост кристалла (рост либо прекращается, либо замедляется). В результате парафиновая сетка образуется при более низкой температуре: ИПО понижает температуру текучести и низкотемпературную вязкость нефти.

Второй механизм действия ИПО: ингибитор адсорбируясь на поверхности кристаллов парафинов или сокристаллизуясь, изменяет их поверхностные свойства так, что уменьшается адгезия кристаллов друг к другу и к твердым поверхностям. Таким образом кристаллы парафинов находятся в нефти в виде суспензии, не выпадают в осадок и не отлагаются на нефтепромысловом оборудовании.

Третий механизм действия ИПО заключается в том, что они создают в нефти большое количество центров кристаллизации для кристаллов парафинов, в результате чего парафины кристаллизуются в виде большого количества очень мелких кристаллов, которые не соединяются друг с другом и долгое время могут находиться в нефти, не выпадая в осадок.

Солеотложение - процесс образования и осаждения на стенках оборудования кристаллов малорастворимых или труднорастворимых неорганических солей (СаСО₃, FeCO₃, CaSO₄, BaSO₄, SrSO4 ) из пересыщенных пластовых вод при изменении термобарических условий.

Образование минеральных отложений может происходить в любом месте нефтепромысловых систем, где в результате, химического состава воды или температуры, нарушается химическое равновесие.

Ингибиторами солеотложений называются химические вещества и их смеси, которые при добавлении их к пересыщенным водным растворам минеральных солей в соответствующей концентрации предотвращают или значительно снижают выделение из растворов осадков малорастворимых солей.

Ингибиторами солеотложений являются следующие вещества и их смеси:

- фосфоновые кислоты (гидроксиэтил-амино-ди(метиленфосфоновая) кислота эффективно ингибирует осадкообразование СаСО₃; 1-гидроксиэтан-(1,1-дифосфоновая), амино-три(метиленовая) фосфоновая, этилендиамин-тетра (метиленовая) фосфоновая, гексаметилендиамин-тетра(метиленфосфоновая), фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновая кислоты эффективно ингибируют осадкообразование СаСО₃ и CaSO₄; диэтилентриамин-пента(метиленфосфоновая) кислота -BaSO₄);

- винилидендифосфоновая кислота и ее соли;

- фосфонаты - эфиры и соли фосфоновых кислот;

- ненасыщенные монокарбоновые и дикарбоновые кислоты;

- винилсульфоновая кислота и ее соли;

- соли и эфиры винилуксусной кислоты;

- виниловые спирты;

- винилхлорид;

- фосфорноватистая кислота;

- акриламид;

- водорастворимые анионные полимеры сложных эфиров акриловой, метакриловой или цианакриловой кислоты.

Чаще всего различают 3 механизма действия:

• ингибитор, адсорбируясь на поверхности возникшего зародыша кристалла (центра кристаллизации), препятствует его дальнейшему росту;

• ингибитор, адсорбируясь на активно растущей поверхности кристалла и на дефектах кристаллической решетки, останавливает или замедляет рост кристалла, а также может изменять кристаллическую решетку;

• ингибитор, адсорбируясь на поверхности кристаллов, препятствует взаимодействию кристаллов между собой и их агрегированию в однородные отложения.

Индивидуальные вещества, являющиеся ингибиторами солеотложений, проявляют три механизма действия одновременно, но один из эффектов, как правило, является превалирующим.

20. Противотурбудентные присадки. Действующие вещества. Технологические особенности подачи присадок в трубопроводы. Поглотители кислорода. Действующие вещества. Источники кислорода в воде системы ППД.

Противотурбулентные присадки (ПТП) - это вещества, которые при добавлении снижают потери энергии в турбулентных потоках.

Применение ПТП позволяет снизить перепад давлений на участке трубопровода при неизменном расходе жидкости или при постоянном перепаде давлений увеличить расход. В обоих случаях увеличивается производительность действующего трубопровода. В зависимости от конкретных условий и концентрации ПТП производительность трубопровода может быть увеличена на 10-100 %.

В качестве ПТП для углеводородных жидкостей используют высокомолекулярные полимеры (молекулярный вес (0,3-10)10⁶):

• полиалкилакрилаты и метакрилаты;

• полисилоксаны;

• поливинилалкиловые эфиры;

• полиизобутилен;

• полистирол;

• полиолефины (молекулярный вес (5-10)10⁶ ).

Товарные формы ПТП представляют собой 5-30 %-ные растворы (суспензии) высокомолекулярных полимеров в углеводородных растворителях (керосин, минеральные или растительные масла и др.) и работают при концентрациях 10-120г/м³

Технологические особенности подачи:

1. ПТП Высокая вязкость, как правило, выше 100 МПа-с при 20 °С и до 1500 МПа-с при температуре -10 °С.

2. Чувствительность к различного рода гидравлическим препятствиям: при прохождении через насосы, через частично закрытую запорную арматуру, при изменении диаметра трубопровода молекулы ПТП могут изменять свои свойства.

3. Относительно высокая температура застывания (не ниже —15 °С), которая не позволяет складировать ПТП на открытых площадках в холодное время года. При замерзании продукт приобретает кашеобразную консистенцию, и для возвращения ему текучести необходимы нагрев и перемешивание.

4. При температуре выше 40 °С многие полимеры, входящие в состав ПТП, существенно изменяют свои свойства и в ряде случаев становятся непригодными к дальнейшему использованию.

5. Расслоение (при транспортировке и хранении) на полимерную составляющую и растворитель, что особенно сильно проявляется у ПТП на спиртовой основе даже при небольшом сроке хранения.

6. При контакте с транспортируемыми по трубопроводу углеводородами полимерная составляющая ПТП разворачивается в линейную макромолекулу. Это нормальное (и желаемое) поведение реагента. Однако если контакт с углеводородами происходит вне трубопровода, например в плохо промытой расходной емкости ДУ, в тонких трубках дозировочного оборудования, манометров или расходомеров, это приводит к образованию клейкой желеобразной субстанции и остановке работы дозировочного оборудования.

Поглотители кислорода – это химические реагенты, предназначенные для удаления растворённого кислорода из пластовой (подтоварной) и закачиваемой воды с целью предотвращения коррозии оборудования и трубопроводов.

В качестве ПК используют:

- бисульфит аммония;

- сульфит натрия

- гидразин

- карбогидразин

- метилэтилкетоксим

- диэтилгидрогсиламин

- гидрохинон

Кислород попадает в системы ППД различными путями:

• с поверхностными или сточными водами, которые по необходимости закачивают в системы ППД;

• с подтоварной водой, имеющей в резервуарах контакт с атмосферой;

• через негерметичности фланцевых соединений в случае использования се-номанской воды из водозаборных скважин;

• через негерметичности насосов высокого давления.